Descrizione del modulo "Ottimizzazione e modellistica matematica in biologia (INT.P02.003.001)"

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  • Descrizione del modulo "Ottimizzazione e modellistica matematica in biologia (INT.P02.003.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'analisi dei dati prodotti da esperimenti con DNA microarray viene impiegata nella determinazione degli effetti dei farmaci, nonché nella individuazione dei geni rilevanti per l'insorgenza di malattie neoplastiche o degenerative del sistema neurologico. (literal)
Tematiche di ricerca
  • EPIGENOMICA - miRNA, ncRNA e loro coinvolgimento nella regolazione epigenetica GENOMICA - Individuazione di elementi caratteristici in database di sequenze di DNA (DNA microarray e Barcode) - Metodi alignment-free per il confronto fra stringhe di DNA per problemi di DNA assembly - Modellazione di problemi di analisi spettrale di risonanza magnetica di RNA - Codici per la modellazione della trasmissione dell'informazione nel DNA - Data mining di dati di pazienti con malattie genetiche - Algoritmi DNA sequence-dependent PROTEOMICA - Confronto strutturale e di superficie di macromolecole e predizione della struttura 3D - Metodi automatici di classificazione di proteine - Algoritmi di ottimizzazione per il docking proteina-peptide - Analisi delle proprietà strutturali delle proteine - Disegno di PPI Networks in Plasmodium falciparum RETI DI TRASCRIZIONE E DI PROTEINE - Ricerca di motivi di rete - Stima dei trascritti - Analisi congiunta di reti - Modelli stocastici per l'identificazione dei trascritti MODELLI DELLE ATTIVITA' CELLULARI - Modelli di crescita tumorale e agenti citotossici - Modelli di metabolismo, crescita e ciclo cellulare - Master Chemical Equations (literal)
Competenze
  • Algoritmi e strutture dati, combinatorica, teoria dei grafi, metodi esatti per la soluzione di problemi di ottimizzazione a variabili intere, combinatoria delle parole, teoria delle probabilità. Algoritmi probabilistici e deterministici per la soluzione di difficili problemi di ottimizzazione globale non lineare. Programmazione mista. Analisi e simulazione di sistemi dinamici e di modelli basati su equazioni differenziali alle derivate parziali, problemi di trasporto e diffusione, problemi a frontiera libera. Teoria dell'identificazione e del filtraggio. Biologia di sistemi modello quali il parassita Plasmodium falciparum e il lievito Saccharomyces cerevisiae (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Nell'industria farmaceutica, le tecniche di confronto strutturale di proteine e l'analisi dei dati prodotti da esperimenti con DNA microarray vengono impiegate nella determinazione degli effetti dei farmaci e nei processi di progettazione razionale di farmaci. La individuazione di TAG SNP permette di ridurre i costi per la lettura di sequenze del DNA limitandola ai soli SNP caratteristici. (literal)
Tecnologie
  • Modelli di programmazione matematica a numeri interi, modelli di programmazione logica, modelli di programmazione non lineare e mista, modelli di combinatoria delle parole, modelli differenziali di evoluzione. (literal)
Obiettivi
  • EPIGENOMICA - Modelli per identificare differenze statisticamente significative nell'espressione di ncRNA GENOMICA - Modelli per l'analisi di DNA microarray, barcode, sequenze geniche - Metodi alignment-free per il confronto fra stringhe e la stima di distanza di tipo Smith-Waterman - Analisi dei codici di Arquès a Michel come modello per la trasmissione dell'informazione nel DNA - Software open source per l'analisi di sequenze genomiche - Modelli stocastici per l'espressione genica - Identificazione di siti preferenziali per la formazione del complesso DNA-Istoni PROTEOMICA - Confronto di proteine e previsione della loro struttura - Predizione della posizione di docking di un peptide su una proteina complessa - Studio della correlazione tra strutture di proteine e proprietà chimico-fisiche - Costruzione di networks PPI in Plasmodium falciparum RETI DI TRASCRIZIONE E RETI DI PROTEINE - Analisi delle proprietà strutturali e realizzazione di stimatori dello stato MODELLI DELLE ATTIVITA' CELLULARI - Studio di eventi rilevanti nel processo di crescita di un tessuto proliferante quale quello tumorale - Realizzazione di un modello \"coarse-grain\" modulare per metabolismo, crescita e ciclo (literal)
Stato dell'arte
  • EPIGENOMICA - L'implicazione dei non coding RNA (ncRNA) nella regolazione epigenetica è stata più volte osservata e si sta cominciando ora a studiarne alcuni meccanismi. Ugualmente rilevante è il ruolo svolto dai miRNA in processi epigenenetici quali l'editing dell'RNA, la modulazione della metilazione, la modificazione degli istoni e la regolazione transcrizionale GENOMICA - Sono stati sviluppati algoritmi basati su analisi di sequenze note per formare nucleosoma stabile, tali algoritmi sono basati su analisi di frequenze nucleotidiche PROTEOMICA - L'ottimizzazione intera e globale non è usata nell'analisi di strutture proteiche nè per il docking proteina-peptide - I grafi di contatto di proteine sono utilizzati per rappresentare contatti tra aminoacidi vicini nella struttura tridimensionale - Sono stati sviluppati modelli bayesiani per la costruzione di reti PPI MODELLI DELLE ATTIVITA' CELLULARI - Necessità di integrare il livello delle interazioni molecolari con il comportamento della singola cellula e l'evoluzione macroscopica della popolazione. La ricerca attuale si propone di modellare la configurazione spaziale dell'aggregato cellulare e le sue caratteristiche biomeccaniche (literal)
Tecniche di indagine
  • La metodologia applicata in tutte le tematiche è quella legata all'uso di modelli matematici di fenomeni complessi. La metodologia consiste in una fase di modellazione del fenomeno studiato, nella ricerca di nuovi modelli o uso di modelli noti, nello studio delle caratteristiche di tali modelli, nell'implementazione degli algoritmi, nelle simulazioni numeriche, test e statistiche sui dati di input e sui risultati. Caratteristica del settore è l'esistenza di notevoli quantità di dati (banche dati di DNA e proteine) che richiedono spesso complesse operazioni di data mining per individuarne le caratteristiche salienti. (literal)
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